一种铝电解废阴极炭块的处理方法及应用

1.本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种铝电解废阴极炭块的处理方法及应用。


背景技术：

2.铝电解废阴极碳块是铝电解生产中电解槽大修时产生的工业废渣，因其在使用过程中浸入大量电解质，含氟量较高，且含有微量氰化物，被列入国家危险废物名录，属危险废物。为了解决高温含氟烟气和含氟废水问题，专利cn201910373382.5、cn200110006228.4、cn200110006228.4中提出了一系列以硫酸化焙烧为主的废阴极炭块处理工艺。
3.目前国内的处置方法主要为堆存与焚烧两种，其中堆存的方法占用土地资源，且为环境带来安全隐患；焚烧处置费用高，且无法综合利用，造成资源浪费.铝电解阴极由于受熔盐和铝液的侵蚀、冲刷及热应力等作用而变形、隆起、断裂，从而产生废阴极炭块。通常情况下，每生产1吨电解铝，会产生10kg左右的废阴极炭块，2018年全球电解铝产量6434万吨，产生废阴极炭块60万吨以上，数量巨大。
4.铝电解废阴极炭块主要含有f、al、na、c、ca、k、li、si、n等元素，主要物相包括具有较高石墨化度的炭素、氟化钠、冰晶石、氟化钙、氧化铝、霞石、金属硅，以及冰晶石的过渡态物质等，物质组成相对复杂，固定碳含量通常在50％以上，且高度石墨化，发热量可达20mj/kg。槽龄短的废阴极固定碳含量及发热量甚至更高，与动力煤热值相当，其余氟化物则是电解质的重要组成，都是可再生利用资源。对废阴极炭块进行分离回收不仅有利于电解铝行业的可持续发展，还有可以实现良好的经济效益。目前废阴极炭块的处理可分为湿法及火法两种技术路线。湿法又可分为浮选法、化学法及浮选-化学联合法等。火法包含高温挥发氟化物及制备炭素材料法，钢铁、水泥熟料、火力发电等协同处理及利用法，回转窑煅烧生产水泥原料法等。
5.虽然阴极处置技术及工业化有了很多研究，但受环保政策或技术成熟度的影响，实现工业运行的不多，如氟化物的化学活性大，嵌布粒度微细，因此采用湿法等难以完全将氟化物充分溶出，火法也容易生产含氟的固废；二次处理产生大量废水；高温下处理对设备性能要求高等。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种铝电解废阴极炭块的处理方法及应用，以克服现有技术的不足。
7.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
8.本发明实施例提供了一种铝电解废阴极炭块的处理方法，其包括：
9.对铝电解废阴极炭块进行破碎、筛分处理，获得微细颗粒物料和粗颗粒物料；
10.对所述微细颗粒物料进行酸化处理，获得含碳元素浆料；
11.以及，使所述粗颗粒物料、含碳元素浆料与镁源混合反应，制得含废阴极的胶凝材料。
12.本发明实施例还提供了前述的处理方法制备的含废阴极的胶凝材料，所述含废阴极的胶凝材料包括含废阴极的镁质胶凝材料；所述含废阴极的胶凝材料的密度为1.6～2.7kg/cm3。
13.本发明实施例还提供了前述的含废阴极的胶凝材料于制备建筑材料中的用途。
14.本发明实施例还提供了中的应用。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的铝电解废阴极炭块的处理方法在处理过程中不产生高温含氟烟气和含氟废水，将铝电解废阴极炭块中的有害元素直接封存，并用于建筑材料中，保证了有害元素的不泄露；同时利用铝电解废阴极炭块的轻质、碳素活性等特点作为建筑材料的有益组成，实现铝电解废阴极炭块的固废利用。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明一典型实施方案中铝电解废阴极炭块的处理方法的流程示意图。
具体实施方式
18.鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，本发明的目的在于提供一种铝电解废阴极炭块的处理方法，该方法在处理过程中不产生高温含氟烟气和含氟废水，具体内容是将铝电解废阴极碳块经过前期处理，然后利用胶凝材料将处理的铝电解废阴极碳块进行重新利用的一种新的方法。
19.下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.具体的，作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的一种铝电解废阴极炭块的处理方法包括：
21.对铝电解废阴极炭块进行破碎、筛分处理，获得微细颗粒物料和粗颗粒物料；
22.对所述微细颗粒物料进行酸化处理，获得含碳元素浆料；
23.以及，使所述粗颗粒物料、含碳元素浆料与镁源混合反应，制得含废阴极的胶凝材料。
24.在一些优选实施方案中，所述微细颗粒物料的粒径小于5mm。
25.在一些优选实施方案中，所述粗颗粒物料包括粒径为5～10mm的第一粗颗粒物料及粒径为10～50mm的第二粗颗粒物料。
26.进一步地，所述第一粗颗粒物料与第二粗颗粒物料的质量比为10～30∶70～90。
27.在一些优选实施方案中，所述处理方法包括：将所述微细颗粒物料与酸充分接触，并于10～60℃进行酸化处理0.5～4h，获得所述含碳元素浆料。
28.进一步地，所述酸包括盐酸，且不限于此。
29.在一些优选实施方案中，所述镁源包括氧化镁和/或氯化镁，且不限于此。
30.例如，氧化镁和/或氯化镁溶液。
31.在一些优选实施方案中，所述粗颗粒物料、含碳元素浆料与镁源的质量比为70～90∶10～30∶5～40。
32.在一些优选实施方案中，所述含废阴极的胶凝材料包括含废阴极的镁质胶凝材料，且不限于此。
33.在一些更为具体的实施方案中，所述铝电解废阴极炭块的处理方法包括：将废阴极炭块进行破碎、粒径等级筛分，对细微粒径的颗粒进行酸化，将粗粒径范围颗粒当做骨料制作为含废阴极镁质胶凝材料。该方法能将铝电解废阴极炭块中的有害元素直接封存，并用于建筑材料中，保证了有害元素的不泄露的同时，利用铝电解废阴极炭块的轻质、碳素活性等特点作为建筑材料的有益组成，实现铝电解废阴极炭块的固废利用。
34.本发明中的铝电解废阴极炭块的处理方法的流程示意图如图1所示。
35.本发明实施例的另一个方面还提供了前述的处理方法制备的含废阴极的胶凝材料，所述含废阴极的胶凝材料包括含废阴极的镁质胶凝材料；所述含废阴极的胶凝材料的密度为1.6～2.7kg/cm3。
36.本发明制备的含废阴极的胶凝材料和易性能强：能够与废阴极材料高度融合或者固定废阴极材料中的有害成分；可轻量化：在胶凝材料中充入气体可实现轻质建筑材料。
37.本发明实施例的另一个方面还提供了前述的含废阴极的胶凝材料于制备建筑材料中的用途。
38.下面结合若干优选实施例及附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
39.下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。
40.实施例1
41.①
将铝电解废阴极炭块破碎至5cm以下的颗粒；
42.②
筛分破碎的颗粒，分别筛分成小于5mm的微细颗粒和5mm-10mm、10mm-50mm的粗颗粒；
43.③
将5mm以下的微细颗粒于30℃酸化2h，获得酸性含碳元素的浆料；
44.④
按重量份计：将1份浆料、1份mgo、7份粗颗粒(5mm-10mm颗粒和10mm-50mm颗粒1∶4的比例)进行均匀混合反应5h，形成含废阴极的镁质胶凝材料，制备的镁质胶凝材料的密度为1.6～2.1kg/cm3，该材料可用于如围护结构、路沿石等建筑材料。
45.对比例1
46.①
将铝电解废阴极炭块破碎至5cm以下的颗粒；
47.②
将颗粒于30℃酸化2h，获得酸性含碳元素的浆料；
48.③
按重量份计：将1份酸化浆料、1份mgo、0.3份氯化镁溶液进行均匀混合反应5h，形成镁质胶凝材料。
49.本对比例制备的镁质胶凝材料性能远低于实施例1。
50.实施例2
51.①
将铝电解废阴极炭块破碎至5cm以下的颗粒；
52.②
筛分破碎的颗粒，分别筛分成小于5mm的微细颗粒和5mm-10mm、10mm-50mm的粗颗粒；
53.③
将5mm以下的微细颗粒于30℃酸化2h，获得酸性含碳元素的浆料；
54.④
按重量份计：将2份酸化浆料、4份mgo、8份粗颗粒(5mm-10mm颗粒和10mm-50mm颗粒1∶3的比例)进行均匀混合反应5h，形成含废阴极的镁质胶凝材料，该材料可用于如路沿石等建筑材料。
55.实施例3
56.①
将铝电解废阴极炭块破碎至5cm以下的颗粒；
57.②
筛分破碎的颗粒，分别筛分成小于5mm的微细颗粒和5mm-10mm、10mm-50mm的粗颗粒；
58.③
将5mm以下的微细颗粒于60℃酸化0.5h，获得酸性含碳元素的浆料；
59.④
按重量份计：将1份酸化浆料、0.5份氯化镁、7份粗颗粒(5mm-10mm颗粒和10mm-50mm颗粒1∶7的比例)进行均匀混合反应4h，形成含废阴极的镁质胶凝材料，制备的镁质胶凝材料的密度为1.7～2.5kg/cm3，该材料可用于如路沿石等建筑材料。
60.实施例4
61.①
将铝电解废阴极炭块破碎至5cm以下的颗粒；
62.②
筛分破碎的颗粒，分别筛分成小于5mm的微细颗粒和5mm-10mm、10mm-50mm的粗颗粒；
63.③
将5mm以下的微细颗粒于10℃酸化4h，获得酸性含碳元素的浆料；
64.④
按重量份计：将3份酸化浆料、4份mgo、9份粗颗粒(5mm-10mm颗粒和10mm-50mm颗粒1∶9的比例)进行均匀混合反应10h，形成含废阴极的镁质胶凝材料，制备的镁质胶凝材料的密度为1.7～2.5kg/cm3，该材料可用于如路沿石等建筑材料。
65.此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。
66.应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。